論導航控制原理及技術要點分析

溫向華，范海霞，趙永乾

（1.國營長虹機械廠，廣西 桂林 541002；2.空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西 桂林 541002）

0 引言

巡航導彈在導航期間會嚴格按照規(guī)定路線航行，通常情況下會在衛(wèi)星導航定位或地形匹配等系統(tǒng)的管控下穩(wěn)定運行。在海上飛行時，巡航導彈擁有最低飛行水平可以與海平面相距10到15米，且在作戰(zhàn)條件下衛(wèi)星處在可用狀態(tài)時，導航可以進行長時間的跨海飛行。而在陸地巡航飛行時，這一導彈所擁有的最低飛行水平可以與障礙物上方相距50到100米，能按照敵人威脅狀態(tài)對飛行系統(tǒng)進行合理規(guī)劃，從而降低被敵方發(fā)現(xiàn)的可能性。在不依據(jù)衛(wèi)星進行作戰(zhàn)時，導彈可以運用地形匹配系統(tǒng)提高整體飛行的精確度，以此進入末制導階段。

1 原理及技術要點的分析

1.1 慣性導航

這系統(tǒng)并不需要利用外界信息，更不需要向外界輻射能量，屬于自導式導航系統(tǒng)，且擁有其他導航定位系統(tǒng)所沒有的獨特優(yōu)勢。結(jié)合實踐案例分析，這一系統(tǒng)并不需要向外部輻射相關能量，也不會受外界電磁干擾所影響，從而能有效避免因不良因素限制實際工作環(huán)境。同時，將其應用到全球的任何地點任何時間，都可以展現(xiàn)出極強的保密性和隱秘性。另外，這一系統(tǒng)在為導彈導航提供載體位置和速度信息時，也可以明確載體的航向和姿態(tài)角，所以其在實踐工作中的安全性和有效性更高[1]。

從本質(zhì)上講，慣性導航系統(tǒng)的原理是指運用慣性加速度計在三個彼此垂直的方向中測量出導彈質(zhì)心運動的加速度分量，并在提供運動初始條件的基礎上，運用制導計算機得到載體的速度、位置以及距離等信息，并明確導彈在不同時刻的坐標值和速度值。同時，還要運用陀螺儀檢測出載體的角運動，并在轉(zhuǎn)換和處理下得到載體的姿態(tài)和航向。將上述數(shù)值和理論飛行軌跡的對應數(shù)值進行對比分析，就能在發(fā)現(xiàn)偏差數(shù)值的同時進行合理調(diào)整。如下圖所示，其為系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖：

圖1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖

在研究系統(tǒng)原理和構(gòu)成后，可以發(fā)現(xiàn)慣性導航在實踐應用中具有以下優(yōu)點：第一，能運用自身獲取的載體運動信息來計算載體的位置和速度；第二，在工作狀態(tài)下，不僅不需要向外部輻射能量，而且不需要接收更多的外部信息，以此有效保障和提升載體的隱秘性；第三，在明確載體所在位置的基礎上，還可以計算出載體的姿態(tài)角，這一優(yōu)勢也是其他系統(tǒng)所沒有的；第四，能在定位的同時獲取姿態(tài)、加速度以及航向等基礎信息，這些內(nèi)容都屬于飛機運行所需的綜合信息源；第五，所提供的信息具有實時性，通常情況下信息在0.05到0.1s之間。

1.2 2GPS導航定位

GPS是運用衛(wèi)星進行測量和導航的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其在導彈導航控制系統(tǒng)中應用的最早，且具有極強的穩(wěn)定性。隨著時代技術革新步伐的加快，這一導航定位技術也在隨之優(yōu)化和改進。從實踐角度來看，GPS導航定位系統(tǒng)是以子午儀衛(wèi)星導航定位技術為依據(jù)提出的，在導彈導航控制中運用具有極強的精度性、全能性以及全球性的優(yōu)勢。一般來講，GPS包含了用戶接收系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及空間衛(wèi)星系統(tǒng)這三部分。其中，空間衛(wèi)星系統(tǒng)是指均衡分布在六個軌道平面上的二十四顆高軌道工作衛(wèi)星，各個軌道平面相對于赤道平面而言有50°度傾角。在所有軌道平面中，不同衛(wèi)星升交角相差了90°，且所有軌道上的衛(wèi)星都要比西邊臨近軌道的衛(wèi)星超前30°。從空間系統(tǒng)來看，所有衛(wèi)星每12小時就會沿著圓形軌跡繞地球一周，并運用星載高精度原子鐘來管控無線電發(fā)射機的工作，可以確保其進行持續(xù)且實時的導航定位。這一導航定位系統(tǒng)向用戶提供的導航電文屬于不歸零的二進制數(shù)據(jù)碼，碼率為50赫茲。此時為了降低衛(wèi)星消耗電能，提高GPS信號的嚴謹性和抗干擾性，GPS需要運用偽噪聲碼將不歸零的二進制數(shù)據(jù)碼轉(zhuǎn)變?yōu)镻碼或C/A碼兩種類型。在實際控制操作時，GPS衛(wèi)星定位技術最重要的就是對衛(wèi)星所在位置和用戶所在位置的計算[2]。

1.3 地形匹配導航

這一系統(tǒng)主要用于處理導彈巡航期間的輔助導航定位，實際精度可以達到幾十米，且不會受光照條件、氣候變化以及季節(jié)等因素的影響，最常用于丘陵地區(qū)，屬于自主是導航系統(tǒng)。因為這一系統(tǒng)技術具有極強的隱蔽性，所以很難在實踐操作中被發(fā)現(xiàn)或受干擾，同時這一系統(tǒng)有極強的穩(wěn)定性，因此不會受地面建筑或四季變化所影響，且很難在導航匹配期間出現(xiàn)不必要的難題[3]。另外，由于地球表層的地形和道路等跌宕起伏彼此交錯，且相關數(shù)據(jù)信息很難被及時發(fā)現(xiàn)，所以在設計導航控制系統(tǒng)時，就運用了地形輪廓來明確飛行器所處區(qū)域的地理位置，這也是地形匹配導航系統(tǒng)所遵循的運行原理，具體如下圖2所示：

圖2 系統(tǒng)運行原理

在正常工作狀態(tài)下，地形匹配導航系統(tǒng)會運用無線電高度表來掃描導彈，并由此獲取地面相關信息，然后按照相應的匹配算法和儲存基準數(shù)字圖形對數(shù)據(jù)信息進行對比分析。假設最終結(jié)果顯示GPS系統(tǒng)發(fā)生偏移，那么就會按照計算結(jié)果對其進行校正，從而確保導彈可以回到最初設定的軌跡上。地形匹配導航是會受所處區(qū)域限制的，其不適宜應用在平坦或海面上，只能用在地形跌宕起伏的地形中[4]。同時，因為計算機儲存數(shù)量是存在限制的，而GPS可以持續(xù)運行，所以在導航導彈巡航期間，需要將整體飛行任務劃分為多個部分，并在它們之間運用GPS實施組合導航，而后選擇適宜的區(qū)域運用地形匹配輔助導航系統(tǒng)來修正誤差。這樣不僅保證整體系統(tǒng)運行的合理性，而且會獲取更多有價值的信息數(shù)據(jù)。

巡航導彈在發(fā)射準備期間，必須提出合理航跡，確保其可以準確避開危險區(qū)。同時，在快到達危險區(qū)域前運用地形匹配輔助導航系統(tǒng)對所處位置進行修正，以此避免危險。另外，在正式進入末端飛行之前，要進行最后一次地形匹配，以此確保巡航導彈可以順利進入末端制導[5]。

2 未來發(fā)展趨勢

巡航導彈作為新時代建設發(fā)展所提出的遠程精確制導的高新技術武器，在近年來各國社會經(jīng)濟和技術水平的不斷革新中，科研機構(gòu)和人員在大力研制和推廣巡航導彈的同時，逐漸累積了大量相關經(jīng)驗。預計在未來10年內(nèi)，將會有更多的國家開始裝備和使用巡航導彈。從未來發(fā)展角度分析，巡航導彈及其控制原理和技術必將向著以下幾點革新：第一，提高制導技術的命中率。未來巡航導彈將運用慣性+GPS +紅外線成像等技術進行制導，這樣在解決地形匹配和景象匹配系統(tǒng)應用難題的同時，可以獲取更為先進的制導軟件和系統(tǒng)。第二，研發(fā)或革新武器的殺傷力。未來巡航導彈在提高自身摧毀效果的同時，還會展現(xiàn)出極強的軟殺傷力。第三，提高隱身技術

的突破能力。巡航導彈通常需要進行長時間和長距離的飛行，此時為了提升攻擊的準確率，導彈導航系統(tǒng)會利用隱身技術來提高自身的飛行安全，從而避免對方運用探測系統(tǒng)對自己先進行攻擊[6]。由于這一類導彈的體積小，且質(zhì)量輕，在其表層涂上隱身材料，實際雷達發(fā)現(xiàn)導彈的概率極低，同時再運用雷達、紅外等隱身技術實施優(yōu)化設計，不僅能進一步降低噪聲，而且可以讓防御系統(tǒng)的跟蹤和探測工作變得更加困難。

3 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合本文對巡航導彈導航控制系統(tǒng)的深入探討，可以從慣性導航系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及地形匹配輔助系統(tǒng)的應用原理和技術內(nèi)容，對國內(nèi)外巡航導彈的研發(fā)工作有深入了解。在新時代背景下，加強對巡航導彈及其技術原理等內(nèi)容的認識和理解，注重應用現(xiàn)代化技術理念進行優(yōu)化創(chuàng)新，不僅能全面提高導彈導航控制系統(tǒng)的應用水平，而且可以進一步加強我國國防力量。因此，科研學者要在整合以往工作經(jīng)驗的基礎上，多學習和借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的研發(fā)經(jīng)驗和技術理念，只有這樣才能按照預期目標穩(wěn)步發(fā)展。